張嘯ZHANG Xiao

（河北英博認(rèn)證有限公司，石家莊 050051）

（Hebei Inbev Certification Co.，Ltd.，Shijiazhuang 050051，China）

0 引言

長期以來，部分安全評價(jià)評審專家一直引用錯(cuò)誤的汽油儲罐化學(xué)爆炸事故模型來評審加油站的安全評價(jià)報(bào)告，致使失去了對加油站安全管理的指導(dǎo)意義。事故模擬分析結(jié)果要盡可能地貼近事故真實(shí)情況，這里我來分析一下這兩種汽油儲罐化學(xué)爆炸事故模擬分析。

汽油儲罐的爆炸事故模擬計(jì)算是計(jì)算空罐罐內(nèi)存在爆炸性氣體混合物引起爆炸，是有限空間內(nèi)的爆炸，也就是說，是空汽油儲罐內(nèi)的油氣和氧氣發(fā)生了化學(xué)爆炸，這一點(diǎn)大家是有共識的。

1 A、B 兩種模型的計(jì)算過程

這里，為方便描述，假定部分安全評價(jià)評審專家的模擬計(jì)算為A 模型；假定現(xiàn)在分析的模型為B 模型。A 模型是用汽油的燃燒熱和汽油的爆炸上限計(jì)算；B 模型是用正丁烷做代表物，假定爆炸事故發(fā)生時(shí)正丁烷和氧氣完全燃燒。下面列舉這兩種模型的計(jì)算過程。

1.1 A 模型

汽油儲罐中的爆炸性混合物發(fā)生爆炸有多種事故形態(tài)，但是，只有當(dāng)油罐被抽空或空罐檢修，且爆炸性混合物在爆炸上限時(shí)，爆炸事故后果最嚴(yán)重，破壞力也最大。

1.1.1 具有爆炸性的化學(xué)品的質(zhì)量按下式計(jì)算

式中：Wf—具有爆炸性的化學(xué)品的質(zhì)量，（kg）；

V—汽油儲罐的公稱容積，（m3）；

δ—汽油蒸氣的密度，查資料為4.53kg/m3；

μ—汽油的爆炸上限，查資料為7.6%。

將相關(guān)數(shù)據(jù)帶入上式，得：

1.1.2 具有爆炸性化學(xué)品相當(dāng)于梯恩梯（TNT）的質(zhì)量

式中：

WTNT—具有爆炸性的化學(xué)品相當(dāng)于TNT 的質(zhì)量，（kg）；

Wf—具有爆炸性的化學(xué)品的質(zhì)量，（kg）；

α—系數(shù)，取0.04；

Qf—化學(xué)品的燃燒熱（kJ/kg），查資料，汽油為43700kJ/kg；

QTNT—TNT 的爆熱（kJ/kg），實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，取4520kJ/kg。將相關(guān)數(shù)據(jù)帶入上式，得：

1.1.3 具有爆炸性的化學(xué)品相當(dāng)于梯恩梯的摩爾量

WMTNT=WTNT/HTNT

式中：WMTNT—具有爆炸性的化學(xué)品相當(dāng)于梯恩梯的摩爾量；

WTNT—具有爆炸性的化學(xué)品相當(dāng)于TNT 的質(zhì)量；

HTNT—梯恩梯的摩爾質(zhì)量數(shù)，查資料得：227.13kg/kmol。

將相關(guān)數(shù)據(jù)帶入上式，得：

即：容積為20m3汽油儲罐空罐的爆炸能量相當(dāng)于11.7mol 梯恩梯（TNT）炸藥爆炸的能量。

1.1.4 爆炸模擬比

式中q 為具有爆炸性的化學(xué)品相當(dāng)于梯恩梯的質(zhì)量，

計(jì)算結(jié)果為q=WTNT=2.66kg。

由上式計(jì)算可得α=0.1q1/3=0.14

1.1.5 汽油儲罐爆炸時(shí)距離R 處的超壓

表1 1000kgTNT 爆炸時(shí)沖擊波超壓

1.1.6 爆炸危害

表2 1000kgTNT 爆炸時(shí)沖擊波對人體的傷害作用

1.1.7 計(jì)算結(jié)果

具有爆炸性的化學(xué)品發(fā)生爆炸的傷害距離R 與1000kgTNT 爆炸時(shí)的相當(dāng)距離R0的關(guān)系為：R＝αR0。

使用中間值插入法，可以求出具有爆炸性的化學(xué)品發(fā)生爆炸后的傷害距離和傷害作用。計(jì)算結(jié)果見表3。

表3 爆炸性的化學(xué)品發(fā)生爆炸的傷害距離和傷害作用

1.1.8 沖擊波超壓對建筑物的破壞作用

表4 距爆炸中心R（m）處，超壓△P（Mpa）及傷害作用

1.2 B 模型

汽油為復(fù)雜的化學(xué)組成，為C4～C12脂肪烴和環(huán)烷烴，但形成爆炸性混和物的主要為物料中的輕組分，為簡化計(jì)算，同時(shí)保證不產(chǎn)生太大的偏差，以環(huán)己烷作為發(fā)生爆炸的化學(xué)品，環(huán)己烷的閃點(diǎn)-16.5℃，爆炸極限值1.2-8.4%，實(shí)驗(yàn)得知，可燃物質(zhì)在空氣中的含量等于完全燃燒的理論量時(shí)，爆炸最容易發(fā)生，則發(fā)生完全燃燒，生成最穩(wěn)定的化合物或單質(zhì)。假定爆炸發(fā)生時(shí)，環(huán)己烷完全燃燒。

汽油儲罐內(nèi)爆炸性氣體混和物的體積設(shè)定為20m3，與儲罐容積相等，空氣中氧氣的體積含量按21%計(jì)，經(jīng)計(jì)算，環(huán)己烷完全燃燒時(shí)的比例為：環(huán)己烷蒸氣/空氣=2.28/97.72（V/V），因此在20m3爆炸性氣體內(nèi)含有（按標(biāo)準(zhǔn)狀況下），環(huán)己烷：0.456m3，0.0204kmol，1.71kg。

1.2.1 具有爆炸性化學(xué)品的TNT 當(dāng)量

壓縮氣體的爆炸，其爆破能量Eg=Cg×V，查表（中間值用插入法），當(dāng)表壓為（0.888-0.1013）0.7867MPa，Cg=1.077×103kJ/m3；V=20m3；則

TNT 爆破能量取值4500kJ/kg，則汽油儲罐內(nèi)20m3由汽油蒸氣與空氣形成的混和物的爆破能量TNT 當(dāng)量取值為q。

1.2.2 具有爆炸性的化學(xué)品相當(dāng)于梯恩梯的摩爾量

式中：WMTNT—具有爆炸性的化學(xué)品相當(dāng)于梯恩梯的摩爾量；

WTNT—具有爆炸性的化學(xué)品相當(dāng)于TNT 的質(zhì)量；

HTNT—梯恩梯的摩爾質(zhì)量數(shù)，查資料得：227.13kg/kmol。

將相關(guān)數(shù)據(jù)帶入上式，得：

即：容積為20m3汽油儲罐空罐的爆炸能量相當(dāng)于21.1mol 梯恩梯（TNT）炸藥爆炸的能量。

1.2.3 爆炸模擬比

1.2.4 計(jì)算在距爆炸中心不同距離點(diǎn)的超壓

由R=R0α 計(jì)算R 列于表5。

表5 汽油儲罐爆炸時(shí)距離R 處的超壓

1.2.5 沖擊波對破壞范圍內(nèi)人員及建筑物的破壞作用

由上述計(jì)算，該汽油儲罐氣相爆炸時(shí)，其爆炸性燃燒所釋放的熱量，視為爆破能量，換算成TNT 爆炸當(dāng)量為4.79kg，按照爆炸沖擊波準(zhǔn)則，其超壓對破壞范圍內(nèi)人員及建筑物的破壞作用如下：

①沖擊波對人體的傷害作用，如表6。

表6 距爆炸中心R（m）處，超壓△P（MPa）及傷害作用

②沖擊波超壓對建筑物的破壞作用，如表7。

表7 距爆炸中心R（m）處，超壓△P（MPa）及傷害作用

2 A、B 兩種模型的主要區(qū)別

A 模型和B 模型這兩種模型有兩點(diǎn)主要區(qū)別在于，一是取什么為代表物；二是發(fā)生爆炸時(shí)爆炸物的量按多少計(jì)算。下面分析這兩點(diǎn)主要區(qū)別。

2.1 確定代表物

汽油是C4～C12脂肪烴和環(huán)烷烴的混合物，混合物不同于化合物，混合物是多種物質(zhì)混合在一起的，不是均一穩(wěn)定的，又因?yàn)槠统叵率且后w，經(jīng)長時(shí)間靜置后，上層肯定是密度小的輕組分，越靠近下層肯定是密度高的重組分，可列表進(jìn)行驗(yàn)證（表8）。

表8 汽油各組分的相對密度表（相對于水）

汽油儲罐的出油管是插到汽油儲罐底部的，距罐底0.2m，汽油是從罐的底部慢慢被抽走的，那么油罐內(nèi)汽油的最上層肯定是正丁烷，由于油罐內(nèi)的汽油有一定的擾動(dòng)，其他組分也不可能不揮發(fā)，因此，油罐上部空間存在的汽油蒸氣肯定是輕組分多，重組分少，B 模型以環(huán)己烷（C6）做代表物應(yīng)該是合適的，相比較之下，A 模型簡單的用汽油做代表物是不科學(xué)的。

2.2 爆炸物量的選取

汽油油氣在爆炸下限到上限之間的范圍都能發(fā)生爆炸，但是在爆炸極限范圍內(nèi)的任何一個(gè)數(shù)值可能發(fā)生的爆炸的難易程度是不一樣的。爆炸下限是油氣含量少氧氣含量多，上限是油氣含量多氧氣含量少，如果按A 模型的算法，油氣在達(dá)到爆炸上限時(shí)發(fā)生爆炸，也就是爆炸物最多時(shí)，那么氧氣是不足以滿足這么多爆炸物發(fā)生完全化學(xué)反應(yīng)的，換言之，氧氣不夠用，也就不能產(chǎn)生那么多的能量。而B 模型是通過正丁烷與氧氣完全反應(yīng)來計(jì)算的，實(shí)際上是取爆炸上、下限之間的一個(gè)數(shù)值，這時(shí)的爆炸威力也是最大的，這樣的選取才最科學(xué)。

由以上A、B 兩種模型可知，A 模型20m3汽油儲罐空罐的爆炸能量相當(dāng)于11.7mol 梯恩梯（TNT）炸藥爆炸的能量；B 模型20m3汽油儲罐空罐的爆炸能量相當(dāng)于21.1mol梯恩梯（TNT）炸藥爆炸的能量。B 模型的爆炸能量幾乎是A 模型爆炸能量的2 倍。

人員傷害范圍的對比：A 模型人員受輕微損傷的范圍7.8m，7.8m 以外是安全的；B 模型人員受輕微損傷的范圍9.4m，9.4m 以外是安全的。

建筑物傷害范圍對比：A 模型建筑物門窗玻璃大部分或部分破壞的傷害范圍是14.23m，14.23m 以外是安全的；B 模型建筑物門窗玻璃大部分或部分破壞的傷害范圍是17.08m，17.08m 以外是安全的。

由此可見，從對人員的傷害范圍看，B 模型比A 模型多1.6m；從對建筑物的傷害范圍看，B 模型比A 模型多2.85m。A 模型的錯(cuò)誤計(jì)算縮小了事故傷害范圍，將會導(dǎo)致在設(shè)計(jì)平面布置時(shí)防火防爆間距減小，將會對人身和建筑物造成不可估量的傷害。由于B 模型更貼近實(shí)際的計(jì)算，會在設(shè)計(jì)平面布置時(shí)，科學(xué)的的布置建筑物之間的防火間距，從而減少生產(chǎn)安全事故，對安全生產(chǎn)有更高的指導(dǎo)意義。

汽油罐一般用于加油站，加油站的設(shè)計(jì)應(yīng)遵循《汽車加油加氣站設(shè)計(jì)與施工規(guī)范》（GB 50156-2012）的要求，按照《汽車加油加氣站設(shè)計(jì)與施工規(guī)范》（GB 50156-2012）的要求，油罐是需要埋地的，在地面至少0.5m 以下，A 模型和B 模型的計(jì)算均是地面上汽油罐的計(jì)算，油罐埋于地下，油罐爆炸的傷害范圍還會縮小。

總之，B 模型的計(jì)算比A 模型更加科學(xué)，更加貼近實(shí)際。

[1]GB 50156-2012，汽車加油加氣站設(shè)計(jì)與施工規(guī)范[S].

[2]GB 50016-2006，建筑設(shè)計(jì)防火規(guī)范[S].

[3]中國就業(yè)培訓(xùn)技術(shù)指導(dǎo)中心組織編寫.安全評價(jià)師[M].中國勞動(dòng)社會保障出版社出版.